Магнитная анизотропия
Магни́тная анизотропи́я, зависимость магнитных свойств (намагниченности, магнитной восприимчивости и др.) образца (магнетика) от выделенного в нём направления. Природа магнитной анизотропии заключается в зависимости взаимодействия атомов в веществе от ориентации их магнитных моментов. Зависимость намагниченности от её направления относительно кристаллографических осей в кристалле называется естественной кристаллографической магнитной анизотропией. Кроме того, магнитная анизотропия может возникать вследствие текстуры образца или его деформации, при наличии в нём внешних и внутренних напряжений, под воздействием внешних магнитных и электрических полей (наведённая магнитная анизотропия), а также из-за анизотропии формы образца. Феноменологическая теория магнитной анизотропии в ферромагнетиках создана советским физиком-магнитологом Н. С. Акуловым в 1928 г.
Магнитная анизотропия – результат магнитного взаимодействия соседних магнитных ионов и более сложных взаимодействий электронов этих ионов с внутрикристаллическим полем. Магнитная анизотропия наиболее значительна в сильномагнитных материалах – ферро-, ферри- и антиферромагнетиках. Она влияет на процессы намагничивания, магнитную доменную структуру и другие свойства магнетиков. Особенно велика магнитная анизотропия в монокристаллах ферромагнетиков, где она проявляется в наличии осей лёгкого намагничивания, вдоль которых ориентируются векторы самопроизвольной намагниченности ферромагнитных доменов. Мерой магнитной анизотропии для данного кристаллографического направления в кристалле является разность энергий, необходимых для намагничивания единицы объёма образца по трудному и лёгкому направлениям намагничивания. При постоянной температуре она связана со свободной энергией магнитной анизотропии для данного направления. Величина и знак определяются атомной структурой вещества, а также зависят от температуры, давления и т. п. Например, для кубических кристаллов , где , , – направляющие косинусы намагниченности относительно оси кристалла , – первая константа естественной кристаллографической магнитной анизотропии. Существуют также вторая и третья константы магнитной анизотропии и . Величина константы магнитной анизотропии измеряется в единицах плотности энергии Дж/м3 и изменяется от 107 Дж/м3 (для постоянных магнитов из ) до 10–102 Дж/м3 (для аморфных ферромагнитных сплавов) при комнатной температуре. При повышении температуры константы магнитной анизотропии уменьшаются, стремясь к нулю при температуре Кюри. Для антиферромагнетиков вследствие наличия у них не менее двух магнитных подрешёток имеются, по крайней мере, две константы магнитной анизотропии.
Экспериментально константы магнитной анизотропии могут быть определены: с помощью магнитного анизометра; из сопоставления значений энергии на намагничивание образца вдоль различных кристаллографических направлений; графическим методом – по площади, ограниченной кривыми намагничивания ферромагнитных кристаллов и осью намагниченности, т. к. эта площадь пропорциональна константам магнитной анизотропии; из данных по электронному парамагнитному резонансу (для парамагнетиков), по ферромагнитному резонансу (для ферромагнетиков) и по антиферромагнитному резонансу (для антиферромагнетиков).